介绍了自动循环泵保护阀的工作原理、类型及技术改进措施, 并指出了其应用前景。
　　关键词：自动循环泵保护阀; 最小流量; 旁通
　　1 　概述
　　为了满足工艺流量需求, 三晶变频器 离心泵系统流量在一定的范围内波动, 太小的流量往往会造成离心泵的温度过高, 操作不稳定, 并产生大量的噪声。因此在离心泵的出口安装了自动循环泵保护阀, 用来防止介质倒流, 并实现系统的小流量回水以维持泵正常运行所需的最小流量, 提高了泵的使用效率, 减少了泵的故障。

　　2 　泵保护系统性能分析
　　泵保护系统主要有3 种形式。①带有非调节型旁路减压器的泵保护系统 。②常规的泵保护系统 。③带有自动循环泵保护阀的泵保护系统 。经分析对比(表1) , 自动循环泵保护阀因具有流量感知、止回、旁通控制和多级减压等功能, 其性能较好。

　　3 　工作原理
　　自动循环泵保护阀的主阀为升降式止回阀 。其主阀从全关到全开的过程中, 介质不断从阀体入口流入, 克服弹簧力的作用, 从阀盖主流出口流出, 同时阀瓣上升带动拨杆左端上升。由杠杆原理, 拨杆右端下降, 针阀在自重和介质力作用下下降。当主阀全开时,  三菱PLC针阀全关, 关闭流道B , D 腔与C 腔产生的压差使节流活塞右移, 关闭流道A ,停止旁通回流。

　　当主流出口压力超过额定值时, 由于主阀进出口压差改变及弹簧的作用, 阀瓣从上到下运动直至关闭, 同时带动拨杆左端下降, 右端上升, 针阀开启, 打开流道B。D 腔内的介质经流道B 流向旁通出口。由于节流活塞C 腔受力比D 腔大, 故节流活塞左移, 打开流道A。此时介质通过流道A , 经多级正反螺旋槽减压后回流到高压离心水泵的入口, 保证水泵正常运转。
　　4 　类型

　　目前钢厂、电厂和化工厂等采用的自动循环泵保护阀主要为美国的YAWAY和HBE 公司及德国的SCHROEDAH 和HORA 公司产品。4 家公司的

产品基本上采用了同类型结构, 即主阀为弹簧加载的升降式止回阀, 副阀为带有减压机构的节流阀。按压力级基本上分为两类, 低压型(150～300 磅级) 和高压型(600～2500 磅级) 。低压型和高压型的主阀结构都是一样的, 不同的是旁通副阀的减压机构形式, 低压型主要采用节流孔板式减压(图5) , 高压型则采用多级沟槽式减压(图6) 。

　　5 　计算

　　5.1 　主要性能
　　5.2 　主要参数

　　①阀门流阻系数ζ

　　ζ = (5104 Fg/ Gy) 2

　　Fg = π/ 4 ×dg

　　2 = 3114/ 4 ×13162 = 1451193 6

　　Gy = 31610

　　ζ = (5104 ×1451193 6/ 31610) 2 = 51362 7

　　②主流压降ΔPz

　　ΔPz = ζ·ρ·V z

　　2/ 2

　　V z = Qz / Fz , Qz = 01087 8

　　Fz = π/ 4 ×dz

　　2 = 3114/ 4 ×01192 = 01028 3

　　V z = Qz / Fz = 01087 8/ 01028 3 = 31102 4

　　ΔPz = 51362 7 ×1 000 ×31102 42/ 2

　　　　= 25 80717

　　③弹簧预压缩量F1

　　弹簧在阀门全开位置时力的平衡方程为

　　　( F1 + hz ) K + Gz + Pzc ·Fz = PZJ ·Fz

　式中　( F1 + hz ) K ———弹簧对阀瓣的作用力↓

　　　　　　　　　Gz ———阀瓣自重↓

　　　　　　Pzc ·Fz ———主流出口压力对阀瓣的作用力↓

　　　　　　PZJ ·Fz ———主流进口压力对阀瓣的作用力↑

　　即

　　( F1 + hz ) K = ( PZJ - Pzc) Fz - Gz

　　( F1 + hz ) K = ( Pz ·Fz - Gz

　　阀门在全开位置时,弹簧的压缩量为

　　F2 = F1 + hz = (ΔPz ·Fz - Gz ) / K = (25

　　80717 ×01028 3 - 19113) / 5191 = 91121

　　则弹簧的预压缩量为

　　F1 = 91121 - 4715 = 43171

　　④节流面积(按节流串的节流面积和控制前部节流孔面积计算)

　　比较设计数据可知,在节流串中,第一级节流串面积最小,该面积FJL C 为圆台侧面积,即

　　FJL C = πLJL C ( dJL C + DJL C) / 2

　　　　　= 3114 ×919 ×(3210 + 4610) / 2 ×10- 6

　　　　　= 1211235 ×10- 4

　　控制前部节流孔面积FJL 为

　　　FJL = π/ 4 ×DJL

　　　　2 = 3114/ 4 ×01008 52

　　　　　= 51671 6 ×10- 5

　　总节流面积FJL Z 为

　　FJL Z = nJL ×FJL = 14 ×51671 6 ×10- 5

　　　　　= 7194 ×10- 4

　　FJL Z < FJL C
　　所以,旁通流量由控制前部节流孔的面积控制。
　　5.3 　验算旁通流量
　　5.4 　说明
　　阀门流阻系数应由试验确定, 理论计算误差较大,而且主路和旁通的流阻系数显然是不一样的,这里只进行了简单的模拟计算。在实际设计中弹簧的预压量取值为62 ,而非计算的43.71 。

　　6 　改进
　　齐鲁石化烯烃厂从国外某公司进口的自动循环泵保护阀, 使用几年后, 在工作过程中出现了外漏及旁通阀能开不能关等故障, 因此委托北京航天石化技术装备工程公司研制1500 磅级6/ 6/ 2 in1 自动循环泵保护阀德力西变频器1 台及该阀的旁通阀4 套。经对原阀的结构及故障进行分析, 做了改进。
　　①首先采用计算机模拟主阀全开、旁通阀全关时的状态, 以此确定拨杆和针阀的行程。
　　②重新设计O 形圈, 提高密封可靠性。O 形圈(11) 的作用是使C 腔和D 腔产生压差, 使节流活塞能够移动, 因此该O 形圈及其沟槽尺寸的确定非常关键。设计时根据O 形圈新标准重新选择了O 形圈及对应的沟槽尺寸。使用过程中, 原阀在F 处出现了外漏。为解决这个问题, 设计时在控制前部上添加了一个O 形圈(6) , 在旁通与阀体之间又增加了一处密封。实际使用证明, O 形圈的设计及添加是合适的。
　　③针阀E 处的间隙原为0125 mm , 设计时改为110 mm , 间隙加大, 有助于在D 腔形成高压,提高了节流活塞运动的可靠性。
　　④当阀瓣全部打开时, 带动拨杆向上运动, 针阀在重力作用下下降, 靠锥面密封。针阀如果不能密封, D 腔介质通过流道B 泄荷, D 腔的高压无法建立, 将导致节流活塞不能运动。设计时在控制前部的G处增开一半圆型槽, 使针阀密封单靠重力作用变为靠重力和介质力双重作用, 增大了针阀的密封比压, 提高了旁通副阀工作的可靠性。
　　⑤在阀盖内腔阀瓣导向段的中心H 处增加了Ф3 mm 的通孔。使封闭的弹簧腔与主阀内腔相通,减小了阀瓣运动时的阻力, 提高了主阀感知流量变化的灵敏度。
　　⑥改进了节流体铸造工艺。由于节流体内腔为正反螺旋槽结构, 形状复杂, 原来采用砂型铸造,精度较低, 砂眼、夹杂、粘砂等缺陷多。设计时改为由计算机设计三维实体, 通过实体造型仪直接生成蜡模, 两天内即可浇铸成毛坯件。产品精度高,质量好, 生产周期短。

　　7 　结语
　　改进后的自动循环泵保护阀使用效果良好。自动循环泵保护阀是一种特殊的流量调节阀, 其旁通阀结构复杂, 减压机构需要精心计算与设计, 并且还须与离心泵组合安装后做流量调节试验, 因此在设计制造试验等方面有一定的难度, 但同时因其在电厂、钢厂和化工厂等行业应用广泛, 并且能节省大量的资金, 因此有着很好的市场前景。

        意中人和,海纳百川——上海意海,耐腐泵制造专家。www.pump-factory.cn
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